深海管道位姿绳测量法不确定度分析与实验研究

论文摘要

管道位姿测量系统是测量水下管道相对位姿的关键设备,在水下回接作业中有着广泛的应用。课题的前期研究为国家“863”计划重大专项“深水管道铺设技术”中的子课题“深水回接位姿精确测量设备样机研制”。本课题研究目的在于在基于被测管道定位的深水管道位姿测量系统研究的基础上,基于误差分析理论中的不确定度理论,以辅助拉绳测量法为研究对象,结合水下拉绳测量装置作业方式,进行海底两管道间相对距离、方位多参数测量的不确定性分析,寻找其主要来源,求解出影响多参数测量不确定度的主要分量并对其进行相应调整。提出合理的测量装置结构以及合适的评定方法,从而以最佳方式估计被测量值,满足水下工程测量施工要求的精度指标。本文对国内外基于拉绳测量法的管道位姿测量技术的研究现状进行分析。利用不确定度理论对基于管道定位的深海管道位姿测量系统的不确定度进行分析与评定,并通过对前期测量数据评定的对比分析确定对测量精度影响较大的分量。通过对不确定度分量的分析与调整提出基于法兰定位的深海管道位姿测量系统。结合设计要求制定基于法兰定位的测量系统总体方案,并完成实验样机与上位机监控界面的设计,为进一步理论分析求解与实验样机的设计提供依据。本文分析了测量绳的水下力学模型,首先采用线性波理论与莫里森方程对波浪载荷对测量绳的影响进行求解;其次对测量绳的水下抛物线与悬链线模型进行对比分析,研究控制模型误差的精度参数。最后基于过渡矩阵算法对基于法兰定位的管道位姿测量系统的求解进行研究,得到管道相对距离与位姿的理论求解方法,为工程样机实验奠定理论基础。本文通过基于法兰定位的管道位姿测量系统的工程样机实验对理论求解方法与实际测量精度进行验证。通过初始化实验、绳长检测机构实验以及角度测量机构实验分别对测量绳长度、各水平、俯仰摆角以及正交倾角进行测量,验证了相关功能单元的可靠性。通过综合位姿测量实验,验证了该测量系统在保证测量精度的前提下可较好地降低测量不确定度。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景、目的及意义
•   1.2 国内外发展现状
•     1.2.1 水下管道位姿测量方法发展现状
•     1.2.2 辅助拉绳测量法国内外研究现状
•     1.2.3 误差及不确定度理论概述
•   1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 基于管道定位的管道位姿测量系统不确定度分析
•   2.1 引言
•   2.2 基于被测管道定位的深水管道位姿测量系统研究
•     2.2.1 测量系统结构研究
•     2.2.2 测量系统求解研究
•     2.2.3 测量系统误差分析
•   2.3 测量系统测量不确定度分析
•     2.3.1 装置结构对测量不确定度的影响
•     2.3.2 不确定度传播系数分析
•     2.3.3 测量值不确定度来源分析
•   2.4 基于管道定位深水管道位姿测量系统不确定度评定
•     2.4.1 测量值粗大误差的剔除
•     2.4.2 测量值不确定度的A类评定
•     2.4.3 测量值不确定度的B类评定
•     2.4.4 标准不确定度的合成
•     2.4.5 扩展不确定度的评定
•   2.5 基于法兰定位的深水管道回接位姿测量系统可行性分析
•     2.5.1 测量不确定度分析
•     2.5.2 其他测量姿态下的不确定度分析
•   2.6 本章小结
• 第3章 基于法兰定位的深海管道位姿测量系统设计
•   3.1 引言
•   3.2 测量系统设计要求
•   3.3 基于法兰定位的深水管道位姿测量系统总体方案
•     3.3.1 测量系统结构总体方案
•   3.4 法兰对接机构结构研究
•     3.4.1 法兰对接机构夹紧力研究
•   3.5 角度测量机构结构研究
•     3.5.1 正交倾角测量机构结构研究
•     3.5.2 俯仰与水平摆角测量机构结构研究
•   3.6 绳长检测机构结构研究
•   3.7 绞车结构研究
•     3.7.1 绞车密封方式研究
•     3.7.2 磁耦合传动研究
•   3.8 检测控制系统与监控软件设计
•     3.8.1 下位机控制器与通讯方式设计
•     3.8.2 上位机监控软件设计
•   3.9 测量系统水下作业流程分析
•     3.9.1 作业流程研究
•     3.9.2 水下作业流程仿真
•   3.10 本章小结
• 第4章 基于法兰定位的管道位姿测量系统求解方法研究
•   4.1 引言
•   4.2 测量绳水下求解力学模型
•     4.2.1 波浪理论的选择
•     4.2.2 线性波浪对测量绳载荷计算
•     4.2.3 波流联合作用下波浪载荷计算
•     4.2.4 水下辅助测量绳线型理论的选择
•   4.3 基于法兰定位的深海管道位姿测量系统求解研究
•     4.3.1 测量系统数学模型
•     4.3.2 向量关系变换
•     4.3.3 过渡矩阵求解
•     4.3.4 位姿参数求解
•     4.3.5 相对空间角度求解
•   4.4 本章小结
• 第5章 基于法兰定位的管道位姿测量系统样机实验研究
•   5.1 引言
•   5.2 基于法兰定位的管道位姿测量系统实验方案
•     5.2.1 实验样机总体方案
•     5.2.2 实验检测方案
•   5.3测量系统陆地调试实验
•     5.3.1设备初始化实验
•     5.3.2绳长检测机构实验
•     5.3.3角度测量实验
•   5.4综合测量实验
•     5.4.1 基于法兰定位的深水管道位姿测量系统不确定度评定
•     5.4.2 综合实验结果分析
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 兰荻

导师: 王茁

关键词: 管道位姿,拉绳测量,不确定度,样机实验

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 哈尔滨工程大学

基金: 国家 863 计划中重大专项“深水海底管道铺设技术”的子课题“深水海管水下回接技术及 AUT 检验设备国产化技术研究”

分类号: P756.2

总页数: 103

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